(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に接触する丸みをもったドーム状のカバーを下部に有するプローブケースと、
前記カバー内に音響伝搬媒体室を形成するために前記カバー内の上部において前記カバー内を区切るしきり膜と、
超音波を送受波する振動子ユニットと、
前記音響伝搬媒体室内において前記振動子ユニットを機械的に往復走査するための走査機構と、
前記振動子ユニットの走査経路における折り返し端部において、前記振動子ユニットに対して補助的な作用を及ぼす補助手段と、
を含み、
前記補助手段は、前記カバー内の上部であって前記振動子ユニットの走査経路における折り返し端部に対応した位置に、前記カバー内面上から前記音響伝搬媒体室内へ突出し且つ前記しきり膜が取り付けられた状態で設けられ、前記振動子ユニットに対して制動作用及びその後の加速作用の少なくとも一方を及ぼす補助駆動手段を含み、
前記補助駆動手段は、磁気的な吸引力及び反発力の少なくとも一方を生じさせる、
ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項２】
請求項１記載の超音波探触子において、
前記補助手段は、
前記補助駆動手段としての電磁石ユニットと、
前記振動子ユニットに設けられたマグネットと、
を含み、
前記振動子ユニットの走査経路における折り返し端部で前記マグネットが前記電磁石ユニットに近接対向し、
前記電磁石機構は制動作用及び加速作用の両者を発揮する、ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項３】
請求項２記載の超音波探触子において、
前記折り返し端部において前記電磁石機構に駆動電流が供給され、それ以外の期間においては前記電磁石機構が前記休止状態におかれる、ことを特徴とする超音波探触子。
【請求項４】
装置本体とそれに装着される超音波探触子とを含み、
前記超音波探触子は、
生体に接触する丸みをもったドーム状のカバーを下部に有するプローブケースと、
前記カバー内に音響伝搬媒体室を形成するために前記カバー内の上部において前記カバー内を区切るしきり膜と、
超音波を送受波する振動子ユニットと、
前記音響伝搬媒体内において超音波を送受波する振動子ユニットと、
前記振動子ユニットを機械的に往復走査するための走査機構と、
前記カバー内の上部であって前記振動子ユニットの走査経路における２つの折り返し端部に対応した２つの位置に、前記カバー内面上から前記音響伝搬媒体室内へ突出し且つ前記しきり膜が取り付けられた状態で設けられ、前記振動子ユニットに対して磁気的な作用を及ぼす一対の電磁石機構と、
を含み、
前記装置本体は、前記一対の電磁石機構に対して駆動電流を供給する手段を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波探触子及びそれを備えた超音波診断装置に関し、特に、プローブケース内で振動子ユニットを機械的に走査する場合における走査制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
単振動子が機械的に駆動されるメカニカルセクタ走査型超音波探触子、１Ｄアレイ振動子が機械的に駆動される三次元エコーデータ取り込み用超音波探触子（特許文献１）等においては、プローブケース内において超音波振動子を内蔵した振動子ユニットが機械的に走査される。例えば、１Ｄアレイ振動子を素子配列方向と直交する方向へ走査すれば、走査面を移動させて三次元エコーデータ取り込み空間を形成できる。振動子ユニットと生体表面との間において音響伝搬を良好にするために、あるいは、空気層の介在を排除するために、プローブケース内には音響媒体として水、生理食塩水やオイルなどが充填、封入されている。上記のような超音波探触子はケーブルを介して超音波診断装置の本体に接続されている。一般に、超音波診断装置の本体内には超音波探触子に対して機械的な走査を制御する機械走査制御部が設けられている。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２３１６４９号公報
【特許文献２】特開平５−２３７１１１号公報
【特許文献３】特開平２−１４４０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
機械走査の折り返しに際して振動子ユニットに対して十分な加減速を生じさせるには、慣性力に勝って十分な駆動力を生じさせる大型の駆動源をプローブケース内に設ける必要がある。しかし、そのような構成によれば超音波探触子が大型化し、また重くなってしまう可能性がある。なお、特許文献２及び特許文献３には磁力を使って振動子ユニットを駆動することが記載されているが、それは主駆動源に相当し、往復走査の折り返しの際に補助的な作用を発揮するものではない。
【０００５】
本発明の目的は、機械走査機構自体の大型化あるいは重量化を回避しつつ折り返しの際に所望の速度変化を生じさせるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、超音波を送受波する振動子ユニットと、前記振動子ユニットを機械的に往復走査するための走査機構と、前記振動子ユニットの走査経路における折り返し端部において、前記振動子ユニットに対して補助的な作用を及ぼす補助手段と、を含むことを特徴とする超音波探触子に関する。
【０００７】
上記構成によれば、走査機構によって振動子ユニットが走査経路に沿って往復走査される。その折り返し端部において、補助手段により、振動子ユニットに対して補助的な作用が及ぼされる。よって、そのような補助的作用を利用して振動子ユニットの速度プロファイルを所望のものにすることが容易となる。走査機構における駆動源の大型化等によっても所望の速度プロファイルを得ることが可能かも知れないが、機械走査の全工程においてそのような大きな駆動力が必要なわけではないので、そのような構成では合理性を欠く面がある。上記構成によれば必要な場所に必要な補助作用発生源を設けることになるので、合理的である。また、複数の駆動方式を組み合わせてそれぞれの利点を活用することができる。補助的作用は磁気力によるものを利用するのが好適であるが、発条等の機械的な弾性作用、電気的吸着反発作用、等を利用することもできる。
【０００８】
望ましくは、前記補助手段は、前記振動子ユニットの走査経路における折り返し端部に対応した位置に設けられ、前記振動子ユニットに対して制動作用及びその後の加速作用の少なくとも一方を及ぼす補助駆動手段を含む。２つの折り返し端部に対応した２つの位置にそれぞれ補助駆動手段を設けるのが望ましい。
【０００９】
望ましくは、前記補助駆動手段は、磁気的な吸引力及び反発力の少なくとも一方を生じさせる。望ましくは、それらの両者が発揮される。望ましくは、前記補助手段は、前記補助駆動手段としての電磁石ユニットと、前記振動子ユニットに設けられたマグネットと、を含み、前記電磁石機構は制動作用及び加速作用の両者を発揮する。
【００１０】
望ましくは、前記折り返し端部において前記電磁石機構に駆動電流が供給され、それ以外の期間においては前記電磁石機構が前記休止状態におかれる。この構成によれば必要な場合にだけ電流供給を行って省電力を図れる。磁気的な作用を利用する場合、回転軸駆動のための機構部を大型化する必要がないという利点を得られる。
【００１１】
本発明は、装置本体とそれに装着される超音波探触子とを含み、前記超音波探触子は、超音波を送受波する振動子ユニットと、前記振動子ユニットを機械的に往復走査するための走査機構と、前記振動子ユニットの走査経路における２つの折り返し端部に対応した２つの位置に設けられ、前記振動子ユニットに対して磁気的な作用を及ぼす一対の電磁石機構と、を含み、前記装置本体は、前記一対の電磁石機構に対して駆動電流を供給する手段を含む、ことを特徴とする超音波診断装置に関する。駆動電流を供給する手段は装置本体に設けられるのが望ましいが、超音波探触子側に設けることも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、機械走査機構自体の大型化あるいは重量化を回避しつつ折り返しの際に所望の速度変化を生じさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１には、本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態が示されており、図１はその一部断面図である。この超音波探触子は、図示されていない超音波診断装置本体に対してケーブルを介して接続されるものである。図１に示される超音波探触子（プローブ）は体表面上に当接して用いられるものであるが、本発明はそれ以外のタイプの超音波探触子に対しても適用することができ、例えば体腔内に挿入される超音波探触子に適用することが可能である。
【００１５】
図１において、プローブ１０は、ケース１２を有しており、ケース１２の下端部にはカバー１４が装着されている。カバー１４の内部は音響伝搬媒体室１６であり、そこには生理食塩水やオイルなどが充填、封入されている。実際には、カバー１４は丸みをもったドーム状の形態を有し、その内部空間は図示されるようにカバー１４の上部に設けられたしきり膜１６Ａによって区切られており、しきり膜１６Ａとカバー１４の内面１４Ｂとの間に（つまり、しきり膜１６Ａの下側に）音響伝搬媒体室１６が形成されている。カバー１４の外表面１４Ａは生体接触面である。このカバー１４は音響窓として機能する。
【００１６】
カバー１４の内部（具体的には音響伝搬媒体室１６内）には振動子ユニット１８が配置されている。この振動子ユニット１８は可動体であり、その先端面である送受波面１８Ａに沿って複数の振動素子が配列されており、それらはアレイ振動子を構成している。図においては、アレイ振動子によって形成される超音波ビームＢが示されており、その超音波ビームＢは電子走査されて走査面を構成し、その走査面はそれと直交する方向すなわちθ方向に揺動運動する。これによって三次元エコーデータ取込空間が形成される。
【００１７】
振動子ユニット１８を揺動運動させるために、走査機構２０が設けられている。走査機構２０は駆動モータ２４及びギア機構２６を有している。駆動モータ２４は本実施形態において主駆動源であり、そこで発生した回転力がギア機構２６を介して振動子ユニット１８の揺動運動に転換される。その揺動運動の回転軸は軸２２である。
【００１８】
本実施形態に係るプローブ１０は補助手段３０を有している。補助手段３０は上述した走査機構により生じる駆動力に加えて補助的な作用を振動子ユニット１８へ与えるものである。補助手段３０は具体的には二つの電磁石ユニット３２，３４と二つのマグネット（永久磁石）３６，３８とによって構成される。後に説明するように、マグネット３６，３８に代えて鉄板などの磁性体を設けるようにしてもよい。二つの電磁石ユニット３２，３４は、図示されるように、カバー１４の上部であって振動子ユニット１８の揺動運動経路すなわち機械走査経路における両端に対応した位置に、カバー１４の内面上から音響伝搬媒体室１６内へ突出し且つしきり膜１６Ａが取り付けられた状態で設けられている。すなわち機械走査における折り返し端部に対応した位置（カバー１４内部における隅部分）に設けられている。振動子ユニット１８が一方側へ揺動運動すると、マグネット３６と電磁石ユニット３２とが近接対向関係となり、同様に、振動子ユニット１８が他方側へ揺動運動すると、マグネット３８と電磁石ユニット３４とが近接対向関係となる。したがって、電磁石ユニット３２，３４において生じる磁力の極性を制御することにより、及び、マグネット３６，３８に対して適正な極性を与えることにより、磁気的な吸引作用及び反発作用を生じさせて、折り返し端部において不足しがちな駆動力を補うことが可能となる。これについては後に詳述する。マグネット３６，３８は振動子ユニットの両側面（下部）に設けられている。
【００１９】
ちなみに、駆動モータ２４はフレーム２３に取り付けられており、フレーム２３の中央部には駆動モータ２４から伸びるモータ軸が挿通されており、その軸の先端部には傘歯車等を有するギア機構２６が設けられている。駆動モータ２４を正方向及び負方向に回転運動させれば、上述した振動子ユニット１８の往復運動を行わせることができる。その際において、往復運動の折り返し端部において本実施形態においては補助的な作用を及ぼして、加減速を所望のものにすることが可能である。
【００２０】
図２には、超音波診断装置の要部構成がブロック図として示されている。プローブ１０には、上述した走査機構２０、電磁石ユニット３２，３４の他、上述したアレイ振動子４０が設けられており、さらに回転角度を検出する検出器４２が設けられている。検出器４２からの検出信号は走査制御部４４に送られている。この走査制御部４４は本実施形態において超音波診断装置本体内に設けられるものである。ただし、走査制御部４４の全体あるいはそこに含まれる補助制御ユニット４６をプローブ１０側に設けることも可能である。補助制御ユニット４６は電磁石ユニット３２，３４に対して駆動電流を供給するユニットであり、予め設定された速度プロファイルが実現されるように各駆動電流を供給している。走査制御部４４は走査機構２０の制御も行っている。アレイ振動子４０には送受信部４８が接続されており、送受信部４８から複数の送信信号がアレイ振動子４０に供給されており、アレイ振動子４０からの複数の受信信号は送受信部４８に入力され、送受信部４８においてそれらに対する整相加算処理が実行される。その整相加算後の受信信号（ビームデータ）は図示されていない画像形成部へ送られる。この送受信部４８以降の各構成も装置本体内に設けられるものである。
【００２１】
次に、図２に示した走査制御部４４、特に補助制御ユニット４６の制御方式について図３及び図４を用いて説明する。図３には速度プロファイルが示されている。横軸は時間軸であり、縦軸は速度軸である。この速度プロファイルは実際の駆動電流の大きさを表すものである。符号１００は上述した補助的な力を用いない従来方式によるものを表しており、ここに示す例においては台形状の速度プロファイルが得られている。このような速度プロファイルにおいて折り返し端部において減速をより強め及び加速をより強めるためには、駆動源を大型化しなければならないという問題があったが、本実施形態においては上述した補助手段を使って加速をより急峻にでき、また減速をより急峻にすることができる。具体的には、例えば図１において振動子ユニット１８が右方向へ運動する場合において電磁石ユニット３２とマグネット３６との間の関係において磁気的な反発力が生じるように電磁石ユニット３２に対して駆動電流を供給すると、符号１０２で示すような速度プロファイルを得ることが可能である。すなわち、主駆動源における力をより折り返し端部側まで生じさせても、磁気的な反発力によって過剰な力を吸収して急峻な減速及び急峻な加速を実現することが可能である。その場合において、さらに反対側の電磁石ユニット３４とマグネット３８との関係において電磁石ユニット３４で吸引力が生じるように駆動電流を制御すれば、符号１０４で示すようなより急峻な速度プロファイルを得ることが可能である。すなわち、往復走査の各端部において二つの磁気的な手段を両方とも極性を異ならせて作動させることにより、より急峻な特性を得るものである。なお、極性を両者とも同じにしても各電流向きの設定制御により上記同様の作用を得られる。
【００２２】
上記においては図１において振動子ユニット１８が右方向へ揺動運動した場合を説明したが、もちろん、振動子ユニット１８が左方向へ運動した場合にも同様の制御が行なわれる。ただし、その場合においてはそれぞれの電磁石ユニットにおける極性が反転される。それが図３において符号１１０及び１１４で示されている。符号１０４は磁気的な反発力のみを利用した場合を示し、符号１１４は磁気的な反発力に加えて磁気的な吸引力も同時に作用させた場合を示している。また、図４の符号１０６に示されるように、駆動電流値の可変制御により加減速期間において所望のＳ字カーブを描かせることもでき、例えば減速開始点あるいは加速開始点において柔らかいカーブが得られるようにしてもよい。
【００２３】
上述した実施形態においては振動子ユニットに二つのマグネットが配置されていたが、振動子ユニット１８が例えば鉄板等の磁性部材を有するものとして構成してもよい。この場合においてはそれぞれの電磁石ユニットにおいて磁気的な吸引力のみが利用されることになる。いずれにしても、駆動モータという主駆動源の力をそのまま増大させるのではなく、機械走査の経路において部分的な補助的な作用を及ぼすことにより、合理的な走査駆動方式を実現することが可能である。二つの折り返し端部以外の期間においては電磁石ユニットに対して電流供給が停止されることになるので全体として省電力を図れるという利点もある。従来同様の速度プロファイルを得ることを前提とするのであれば、上述した補助手段を併用することにより結果として駆動モータ及び機械走査機構を小型化できるという利点があり、それはプローブ全体の小型化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態を示す一部断面図である。
【図２】超音波診断装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】速度プロファイルを示す図である。
【図４】速度プロファイルの一部を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  超音波探触子（プローブ）、１２  ケース、１４  カバー、１６  音響伝搬媒体室、１８  振動子ユニット、２０  走査機構、３０  補助手段、３２，３４  電磁石ユニット、３６，３８  マグネット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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